Elektryczny samochód jest gotowy – przynajmniej od strony technologicznej. Modele, które już można nabyć albo dostępne będą wkrótce – np. Mitsubishi i-MiEV, Nissan Leaf, Opel Ampera, Renault Fluence, a w przyszłym roku także VW E-up! – stanowią dowód, że ich konstrukcja i eksploatacja nie nastręczają już problemów. A już za kilka miesięcy Mercedes wyśle na drogi swojego Smarta Fortwo Electrica Drive’a. Daimler należy do tych producentów samochodów, którzy w zdążaniu ku bezemisyjnemu transportowi elektrycznemu uznawani są za najlepszych. Przez więcej niż cztery lata Smart przechodził próby terenowe, a teraz jego pierwsze egzemplarze trafią do klientów prywatnych. Kosztujący 19 000 euro Fortwo Electric Drive jest obecnie jednym z najtańszych autem elektrycznych na rynku. Producent podaje zasięg – 140 kilometrów – i tym samym jednoznacznie określa klasę, do której należą samochody napędzane elektrycznie. “Auto na akumulator to przede wszystkim auto miejskie”, mówi Dieter Zetsche, szef zarządu Daimler AG.
Cena zakupu i wydajność akumulatorów determinują popularność elektrycznych samochodów, które z powodu swojego ograniczonego zasięgu kupowane są najczęściej tylko jako drugie auto. Producenci wierzą jednak – dając wyraz ogromnemu optymizmowi – że do 2020 roku po ulicach krążyć będzie ponad milion elektrycznych pojazdów. Mimo że firma Frost & Sullivan przewiduje, że łączna sprzedaż elektrycznych samochodów dostawczych w Europie i Ameryce Północnej w 2016r. wyniesie ok. 200 tys. sztuk. Nie oglądając się na prognozy, producenci pracują nad lepszymi i tańszymi akumulatorami. W wyścigu o ekoklientów biorą też udział ostrzy, groźni konkurenci z Azji, zwłaszcza z Chin. Daimler związał się już z BYD (Build Your Dreams), aby tam budować elektryczne samochody. Ponadto pod koniec roku 2008 stuttgartczycy założyli firmę LiTech – joint venture z filią Evonik, która w Kamenz koło Drezna produkuje akumulatory litowo-jonowe. Te ostatnie mają, jak się zdaje, perspektywy znacznie lepsze niż inne ogniwa.
W akumulatorach tych nie występuje efekt pamięci – po zużyciu można je bez kłopotu poddać recyklingowi, a przy tym dotychczas zapewniają one zasięg od 120 do 160 kilometrów, w zależności od wielkości pojazdu. Jest to więcej, niż pokonuje dziennie 90 proc. kierowców. Największą wadą ogniw litowo-jonowych są ich wysokie koszty. Akumulator litowo-jonowy do samochodu z segmentu kompaktowego (VW Golf) kosztuje obecnie ok. 15 000 euro, co oznacza ok. 800 euro na kilowatogodzinę pojemności. Producenci spodziewają się jednak, że przy większej liczbie sztuk i coraz bardziej zaawansowanej technologii ceny zaczną wyraźnie spadać. Członek zarządu Mercedesa Thomas Weber jako granicę wskazuje 200 euro. Podobną sumę wyliczył szef VW Martin Winterkorn: “Będziemy wtedy wyprowadzać elektryczny samochód z niszy na rynek masowy”.
Mały kubeł zimnej wody został wylany na tę branżę w maju ubiegłego roku. Chevrolet Volt – skonstruowany identycznie jak Opel Ampera – zapalił się po teście zderzeniowym w Ameryce. Krytycy elektrycznych pojazdów nie potrafili powstrzymać się od złośliwości: wszak zawsze wiedzieli, że akumulatory litowo-jonowe są niebezpieczne. Jednak przypadek Volta jest specyficzny: ogień pojawił się trzy (sic!) tygodnie po zderzeniu. I to dlatego, że testujący stawiał auto na dach. Według danych General Motors wskutek tego wyciekł płyn chłodzący, który w zetknięciu z przewodem naładowanego jeszcze akumulatora doprowadził później do pożaru. W rzeczywistości żaden warsztat nie trzymałby tygodniami na podwórzu powypadkowego elektrycznego auta z podłączonym wysokowoltowym akumulatorem. Mimo wszystko zamontowany w samochodzie akumulator powinien być tak zabezpieczony, by w ogóle niemożliwe było jego uszkodzenie czy powstanie nieszczelności. Dlatego konstrukcja została odpowiednio poprawiona przez wzmocnienie boku samochodu oraz wprowadzenie dodatkowego nadzoru elektronicznego.
Lekkie i wydajne akumulatory
Akumulator litowy ma niewystarczającą pojemność na kilogram wagi, czas jego ładowania przy gniazdku sieciowym jest zbyt długi, a w badaniach wrażliwości na temperaturę wypada nader słabo. Dlatego producenci samochodów i akumulatorów wypatrują już następnej generacji ogniw, które oferując tę samą gęstość energii, ważą o połowę mniej. DBM Energy zaprojektował akumulator litowo- metalowo-polimerowy (LMP), któremu wystarcza jedna dziesiąta potrzebnej zazwyczaj ilości litu.
O wiele lżejsze są także ogniwa litowo-siarkowe, które zdaniem naukowców do seryjnej produkcji będą gotowe w roku 2020. Pozwalają one uzyskać zasięg do 300 kilometrów. Ostateczny przełom ma jednak przynieść akumulator litowo-powietrzny – według ekspertów najwcześniej za 12 lat. Tlen z otaczającego powietrza zastępuje tutaj katodę, a jako anoda służy metaliczny lit. W efekcie akumulator jest jeszcze lżejszy i bardziej kompaktowy. Problemem okazuje się to, że wilgoć z powietrza może doprowadzić do reakcji wybuchowej. Dlatego akumulatory litowo-powietrzne potrzebują membrany ochronnej, która skutecznie zatrzyma wodę, lecz przepuści tlen. Jeśli to się uda, gęstość energii będzie w nich dziesięciokrotnie wyższa niż w akumulatorach używanych obecnie i możliwy będzie zasięg aż do 500 kilometrów. Wadę, jaką jest duża waga akumulatorów, konstruktorzy samochodów próbują zwykle skompensować lekką budową auta. Największą przewagę nad innymi producentami ma w tej dziedzinie BMW ze swoim i3. O ile dzisiejsze samochody elektryczne nie są niczym więcej niż tylko przerobionymi pojazdami konwencjonalnymi, to BMW, począwszy od pierwszej kreski na rysunku, konstruowało i3 jako auto sensu stricto elektryczne. Więcej nawet: cała struktura tego kompaktowego autka jest zbudowana z ultralekkiego włókna węglowego stosowanego zazwyczaj przy budowie samolotów lub w Formule 1. Ponadto BMW zamierza produkować włókna węglowe w USA z wykorzystaniem wyłącznie energii wodnej i nieomal bez negatywnego wpływu na klimat.
Jednak bez względu na to, jak wydajne byłyby w przyszłości akumulatory elektrycznych samochodów, nie da o sobie zapomnieć prastary lęk kierowcy przed znalezieniem się bez prądu na samotnej wiejskiej drodze. Nie sposób oczekiwać wtedy pomocy od innych uczestników ruchu, a możliwość spaceru z akumulatorem do najbliższej stacji zasilania raczej nie wchodzi w rachubę. Chevrolet i Opel, a także amerykański konstruktor samochodów Fisker ze swoją sportową limuzyną Karma uwzględniają taką sytuację, montując rozszerzacz zasięgu (Range Extender – RE). Jest to mały silnik spalinowy, który uruchamia się, gdy akumulator słabnie. Wprawia on w ruch generator, który dostarcza prąd do silnika elektrycznego i ponownie ładuje akumulatory. Wtedy jazda może trwać dalej jeszcze przez wiele setek kilometrów, w zależności od tego, jak wiele paliwa znajduje się w baku.
Konkurencja: ogniwo paliwowe
Rozwiązanie problemów z zasięgiem eksperci upatrują także w ogniwie paliwowym. Jeśli połączy się w nim tlen i wodór, powstanie prąd. Pojazdy na ogniwo paliwowe są więc typowo elektrycznymi samochodami, które wożą ze sobą własną elektrownię. Lotny wodór magazynowany jest w zbiornikach pod ciśnieniem 700 barów. W rezultacie uzyskuje się zasięg ponad 400 kilometrów. “To dystans, jakiego elektryczne auto zasilane przez akumulator nie osiągnie nawet za 10 lat”, mówi Arwed Niestroj, szef projektu Fuel Cell w Mercedesie. Z rury wydechowej wydobywa się tylko para wodna. Auto na ogniwo paliwowe uchodzi dzięki temu także za pojazd bezemisyjny. Pakiet ogniwa paliwowego zajmuje obecnie nie więcej miejsca niż podręczna walizka. Na technologię ogniwa paliwowego (fuel cell) stawiają m.in. Daimler, General Motors, Volkswagen, Toyota, Honda i koncern Hyundai. Mercedes jest pierwszym producentem, który czuje się na siłach, by w czasie krótszym niż trzy lata wprowadzić na rynek przeznaczone na sprzedaż seryjne pojazdy klasy B z ogniwem paliwowym.
Największym problemem związanym z wodorem okazuje się jego produkcja i dystrybucja. Z ekologicznego punktu widzenia wytwarzanie wodoru przez elektrolizę – przy udziale prądu, który wcześniej pozyskany został z elektrowni węglowej – jest niezbyt sensowne. Lepiej wykorzystywać wodór powstający jako produkt odpadowy w zakładach chemicznych. Tankowanie trwa zaledwie kilka minut, nie więcej niż w przypadku benzyny czy diesla. Fachowcy dostrzegają tu jeszcze jedną przewagę nad samochodem wyłącznie na akumulator, który aby został w pełni naładowany, musi tkwić przy gniazdku zasilania przez 6–8 godzin. Tymczasem stacji prądu elektrycznego o napięciu 400 woltów udaje się naładować akumulator do 80 proc. jego wydajności nawet w ciągu 30 minut. Prowadzi to jednak do skrócenia jego żywotności – ogniwa nie lubią szybkiego ładowania. Dlatego Renault-Nissan chce rozwiązać problem z ładowaniem, proponując stacje wymiany akumulatorów. Elektryczne auto będzie wjeżdżać na rampę, a robot w ciągu kilku minut wymieni pusty akumulator na naładowany. Wymaga to jednak ogromnych inwestycji, a ponadto wymusza standaryzację modułu baterii. I właśnie w takiej grze nie chcą uczestniczyć inni renomowani producenci samochodów – każdy chciałby promować wyłącznie własne rozwiązanie.
Krótka historia samochodu elektrycznego
Zanim kupisz auto na prąd
Kto chciałby sprawić sobie auto z napędem elektrycznym, obojętnie czy kupując je, czy biorąc w leasing, czy też częściowo biorąc w leasing (kupując pojazd, a biorąc w leasing akumulator), powinien najpierw zadać kilka pytań.
1. W JAKICH WARUNKACH WARTO MIEĆ ELEKTRYCZNY SAMOCHÓD?
Idealnie jest, jeśli mieszka się na obrzeżach miasta w domu z garażem. Można wtedy wygodnie ładować samochód z gniazdka. Gorzej, gdy właściciel samochodu mieszka na piętrze w domu wielorodzinnym. Kto chciałby, żeby przez całą noc zwisał mu za oknem kabel?
2. CZY ISTNIEJE WYSTARCZAJĄCO WIELE STACJI Z PRĄDEM?
Dotychczas funkcjonuje zaledwie kilka próbnych dystrybutorów największego dostawcy prądu, o sieci nie może jeszcze być mowy. Nowe stacje planowane są głównie przy supermarketach, galeriach handlowych, marketach budowlanych, a także na wielopoziomowych parkingach i w podziemnych garażach dużych firm.
3. JAK DUŻY JEST ZASIĘG?
Jeśli ktoś pokonuje jednorazowo maksymalnie 100 kilometrów, elektryczny napęd sprosta jego wymaganiom. Nawet przy włączonym ogrzewaniu czy klimatyzacji jedno ładowanie w zupełności wystarczy na taki dystans. Jednak bardzo długie trasy nie wchodzą w rachubę. Dlatego posiadacz “e-mobilu” powinien za każdym razem dobrze planować swoje trasy. Mogą w tym pomóc dostosowane do takich funkcji systemy nawigacji oraz specjalne aplikacje do smartfonów.
4. CZY PROCES ŁADOWANIA JEST SKOMPLIKOWANY?
Jest on prosty. Gniazdka są znormalizowane, a kabel do podłączenia znajduje się przeważnie w samochodzie. Podczas deszczu, mrozu czy śniegu użytkownikowi nie grozi porażenie prądem – system jest doskonale zabezpieczony, prąd płynie dopiero wtedy, kiedy wszystko jest w porządku.
5. JAK WYSOKIE SĄ KOSZTY ŁADOWANIA?
Zależy to od dostawcy i od tego, czy prąd pobierany jest w ciągu dnia czy w nocy. Przy średniej cenie 35 groszy za kWh i chłonności akumulatora 15 kWh jedno “tankowanie do pełna” kosztuje nieco ponad 5 zł. Gdy pokonuje się na nim 150 kilometrów, kosztuje to 3,5 zł na 100 km, czyli jedną czwartą tego co porównywalny silnik benzynowy lub diesel.
6. JAK CZĘSTO WYMAGANY JEST PRZEGLĄD?
Nigdy więcej wymiany oleju czy świec, sprawdzania poziomu wody w chłodnicy albo paska rozrządu, ani też reparowania zardzewiałej rury wydechowej. Silniki elektryczne są obecnie produkowane w taki sposób, że praktycznie nie potrzebują przeglądów.
7. CZY MOGĘ KORZYSTAĆ Z INTELIGENTNYCH SIECI ELEKTRYCZNYCH?
Wielkie koncerny energetyczne już zacierają ręce. Im większy będzie rynek elektrycznych samochodów, tym bardziej obciążone będą elektrownie. Dotychczas bowiem prąd produkowany w nocy jest albo sprzedawany tanio, albo niepotrzebnie trwoniony. Brakuje możliwości jego magazynowania. Stąd idealnymi odbiorcami są auta elektryczne, których akumulatory tworzą ogromny bufor na prąd. Jeśli auto będzie podpięte do sieci energetycznej także dzień, jego posiadacz może nawet zarobić trochę pieniędzy, odsprzedając tańszy prąd nocny po wyższej cenie. Odpowiednie oprogramowanie reguluje ilość prądu, jaka zostanie pobrana z akumulatora – by kierowca mógł jeszcze dotrzeć z biura do domu.
